液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)課件

液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)主要內(nèi)容:液壓油的種類；液壓油的物理性質(zhì)；

液壓油的選用。2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)一、液壓油的種類1、礦油型：主要成分是提煉后的石油制品加入各種添加劑精制而成，具有品種多、潤(rùn)滑性好、腐蝕性小、化學(xué)穩(wěn)定性好、成本低、適用范圍廣等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是易燃。2、乳化型：有兩種互不相容的液體（如水和油）構(gòu)成。分為水包油乳化液和油包水乳化液兩大類。3、合成型：有水-乙二醇液和磷酸酯液兩類。適用于有抗燃要求的中、高壓系統(tǒng)。2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)二、液壓油的主要物理性質(zhì)1、密度ρ：?jiǎn)挝惑w積液體的質(zhì)量

式中m：液體的質(zhì)量(kg)；

V：液體的體積（m3）；礦油型液壓油密度ρ=900kg/m3

2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)2、可壓縮性：液體受壓力作用而發(fā)生體積變化的性質(zhì)。可用體積壓縮系數(shù)κ或體積彈性模量K表示體積壓縮系數(shù)κ：?jiǎn)挝粔毫ψ兓鸬捏w積相對(duì)變化量，（m2/N）

式中V：液體加壓前的體積（m3）；

△V：加壓后液體體積變化量（m3）；

△p：液體壓力變化量（N/m2）；負(fù)號(hào)表示△p與△V的變化相反，即壓力增加體積減小。2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)體積彈性模量K

（N/m2）：液體體積壓縮系數(shù)κ的倒數(shù)，其值大小反映液體抵抗壓縮的能力。

K表示產(chǎn)生單位體積相對(duì)變化量所需的壓力增量,也即液體抵抗壓縮能力的大小。一般認(rèn)為油液不可壓縮（因壓縮性很?。叵拢儍粢簤河蚄=(1.4~2.0)×103N/mm2

若分析動(dòng)態(tài)特性或p變化很大的高壓系統(tǒng),則必須考慮。實(shí)際計(jì)算時(shí)常取K=（0.7～1.0）×103N/mm2

2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)3、液體的粘性：液體在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力，叫做液體的粘性。特征：液體流動(dòng)時(shí)才會(huì)呈現(xiàn)粘性——?jiǎng)佑?；液體靜止時(shí)則不顯示粘性

——靜無(wú)。液體的粘度：液體粘性的大小可用粘度來(lái)衡量。粘度是液體的根本特性，也是選擇液壓油的最重要指標(biāo)常用的粘度有三種：即動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度

2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)（1）動(dòng)力粘度（絕對(duì)粘度）μ牛頓內(nèi)摩擦定律：液體流動(dòng)時(shí)相鄰液層間的內(nèi)摩擦力F與液層接觸面積A、液層間相對(duì)速度du成正比，與液層間距離dy成反比,即式中μ:稱為動(dòng)力粘度系數(shù)（Pa·s）

τ:單位面積上的摩擦力（即剪切應(yīng)力）

:速度梯度，即液層間速度對(duì)液層距離的變化率動(dòng)力粘度的物理意義：在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)接觸液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力

法定計(jì)量單位：帕·秒（Pa·s）2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)（2）運(yùn)動(dòng)粘度ν定義：動(dòng)力粘度μ與密度ρ之比稱為液體的運(yùn)動(dòng)粘度，用ν表示，即

法定計(jì)量單位：m2/s

由于ν的單位中只有運(yùn)動(dòng)學(xué)要素，故稱為運(yùn)動(dòng)粘度。液壓油的粘度等級(jí)就是以其40oC時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的某一平均值來(lái)表示，如L-HM32液壓油的粘度等級(jí)為32，則40oC時(shí)其運(yùn)動(dòng)粘度的平均值為32mm2/s

2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)（3）、相對(duì)粘度（恩式粘度oΕ）恩氏粘度：它表示200mL被測(cè)液體在toC時(shí)，通過(guò)恩氏粘度計(jì)小孔（ф=2.8mm）流出所需的時(shí)間t1，與同體積20oC的蒸餾水通過(guò)同樣小孔流出所需時(shí)間t2之比值工業(yè)上常用20oC、50oC和100oC作為測(cè)定恩式粘度的標(biāo)準(zhǔn)溫度，分別以oΕ20、oΕ50、oΕ100表示恩式粘度與運(yùn)動(dòng)粘度（mm2/s）的換算關(guān)系：

2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)（4）影響粘度的因素：溫度和壓力①、粘度和壓力的關(guān)系

∵P↑，F(xiàn)↑，μ↑∴μ隨p↑而↑，壓力較小時(shí)忽略，32Mpa以上才考慮②、粘度和溫度的關(guān)系

∵溫度↑，內(nèi)聚力↓，μ↓∴粘度隨溫度變化的關(guān)系叫粘溫特性。2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)粘溫特性

：粘度隨溫度變化的特性粘度隨溫度的變化較小，即粘溫特性較好,常用粘度指數(shù)（VI）表示。其值越大，表示粘度隨溫度的變化率越小，粘溫特性越好。圖1-2幾種國(guó)產(chǎn)油液粘溫圖2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)三、液壓油的選用1、液壓油的使用要求：（1）合適的粘度和良好的粘溫特性；（2）良好的潤(rùn)滑性；（3）純凈度好，雜質(zhì)少；（4）對(duì)系統(tǒng)所用金屬及密封件材料有良好的相容性。（5）對(duì)熱、氧化水解都有良好穩(wěn)定性，使用壽命長(zhǎng)；（6）抗泡沫性、抗乳化性和防銹性好，腐蝕性??；（7）比熱和傳熱系數(shù)大，體積膨脹系數(shù)小，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高，流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低。凝點(diǎn)——

油液完全失去其流動(dòng)性的最高溫度）（8）對(duì)人體無(wú)害，對(duì)環(huán)境污染小，成本低，價(jià)格便宜總之：粘度是第一位的2-1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)2、液壓油的選用首先根據(jù)工作條件（v、p、T）和元件類型選擇油液品種，然后根據(jù)粘度選擇牌號(hào)。（表1-2）慢速、高壓、高溫：μ大（以↓△q）通?？焖佟⒌蛪?、低溫：μ小（以↓△P）{2-2液壓油的污染及控制液壓油的污染是液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。因此，對(duì)液壓油的正確使用及污染控制是提高液壓系統(tǒng)綜合性能的重要手段。1、污染的原因（1）殘留污染：裝配中的殘留物，如毛刺、切屑、型砂、棉紗等。（2）侵入污染：因密封不完善由系統(tǒng)外部侵入的污染物。（3）生成污染：運(yùn)行中本身生成的污染物。如腐蝕剝落的金屬顆粒、油液老化后膠狀生成物等。2-2液壓油的污染及控制2、污染的危害（1）固體顆粒及膠狀物。造成縫隙堵塞，過(guò)濾器失效，泵運(yùn)轉(zhuǎn)困難，閥動(dòng)作失靈，產(chǎn)生噪聲。（2）微小顆粒。加速零件磨損，擦傷密封件，泄漏增加。（3）水分和空氣。降低油液潤(rùn)滑能力，加快油液氧化變質(zhì)，在元件表面產(chǎn)生氣蝕，系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)和爬行現(xiàn)象。3、污染等級(jí)是指單位容積液體內(nèi)固體顆粒污染物的含量。目前，等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)：（1）ISO4406國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1-3。（2）NAS1638美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。2-2液壓油的污染及控制4、污染控制措施（1）液壓系統(tǒng)裝配后、運(yùn)轉(zhuǎn)前必須用系統(tǒng)工作中使用的油液進(jìn)行徹底清洗。（2）液壓油在工作中保持清潔。盡量防止工作中空氣、水分和灰塵的侵入。（3）采用合適的濾油器。并要定期檢查和清洗濾油器和油箱。（4）定期更換液壓油。（5）控制液壓油的工作溫度。一般系統(tǒng)控制在65℃以下，機(jī)床系統(tǒng)控制在55℃以下。液壓流體力學(xué)液壓流體力學(xué)是研究液體平衡和運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律的一門學(xué)科。液體靜力學(xué)研究液體在靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用液體動(dòng)力學(xué)研究液體流動(dòng)時(shí)流速和壓力的變化規(guī)律管道中液流的特性用于計(jì)算液體在管路中流動(dòng)時(shí)的壓力損失孔口及縫隙的壓力流量特性是分析節(jié)流調(diào)速回路性能和計(jì)算元件泄漏量的理論依據(jù)液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象2-3液體靜力學(xué)靜壓力及其特性靜壓力基本方程式帕斯卡原理靜壓力對(duì)固體壁面的作用力（一）靜壓力及其特性液體的靜壓力靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。p=limΔF/ΔA（ΔA→0）若在液體的面積A上所受的作用力F為均勻分布時(shí)，靜壓力可表示為p=F/A

液體靜壓力在物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，工程實(shí)際應(yīng)用中習(xí)慣稱為壓力。液體靜壓力的特性液體靜壓力垂直于承壓面，方向?yàn)樵撁鎯?nèi)法線方向。液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。（二）靜壓力基本方程式靜壓力基本方程式

p=p0+ρgh

重力作用下靜止液體壓力分布特征：壓力由兩部分組成：液面壓力p0，自重形成的壓力ρgh。液體內(nèi)的壓力與液體深度成正比。離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力相等，壓力相等的所有點(diǎn)組成等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面。靜止液體中任一質(zhì)點(diǎn)的總能量p/ρg+h

保持不變，即能量守恒。壓力的表示法及單位

絕對(duì)壓力以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)進(jìn)行度量相對(duì)壓力或表壓力以大氣壓為基準(zhǔn)進(jìn)行度量真空度絕對(duì)壓力不足于大氣壓力的那部分壓力值單位帕Pa(N/m2)

（三）帕斯卡原理圖示是應(yīng)用帕斯卡原理的實(shí)例作用在大活塞上的負(fù)載F1形成液體壓力p=F1/A1

為防止大活塞下降，在小活塞上應(yīng)施加的力F2=pA2=F1A2/A1

由此可得液壓傳動(dòng)可使力放大，可使力縮小，也可以改變力的方向。液體內(nèi)的壓力是由負(fù)載決定的。

在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體的壓力可以等值地傳遞到液體各點(diǎn)，這就是帕斯卡原理。也稱為靜壓傳遞原理。（四）靜壓力對(duì)固體壁面的作用力

液體和固體壁面接觸時(shí)，固體壁面將受到液體靜壓力的作用當(dāng)固體壁面為平面時(shí)，液體壓力在該平面的總作用力F=pA

，方向垂直于該平面。當(dāng)固體壁面為曲面時(shí)，液體壓力在曲面某方向上的總作用力F=pAx

，Ax

為曲面在該方向的投影面積。2-4液體動(dòng)力學(xué)

主要是研究液體流動(dòng)時(shí)流速和壓力的變化規(guī)律。流動(dòng)液體的連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程是描述流動(dòng)液體力學(xué)規(guī)律的三個(gè)基本方程式。前兩個(gè)方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關(guān)系，動(dòng)量方程用來(lái)解決流動(dòng)液體與固體壁面間的作用力問(wèn)題?；靖拍盍髁窟B續(xù)性方程伯努利方程動(dòng)量方程（一）液體動(dòng)力學(xué)基本概念理想液體假設(shè)的既無(wú)粘性又不可壓縮的流體稱為理想流體。恒定流動(dòng)液體流動(dòng)時(shí)，液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)，亦稱為定常流動(dòng)或非時(shí)變流動(dòng)。

通流截面垂直于流動(dòng)方向的截面，也稱為過(guò)流截面。

流量單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一通流截面的液體體積，流量以q表示，單位為m3

/

s

或L/min。

平均流速實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)，速度的分布規(guī)律很復(fù)雜。假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，平均流速為v=q/A。（二）流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的表達(dá)方式。

液體在管內(nèi)作恒定流動(dòng)，任取1、2兩個(gè)通流截面，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)兩個(gè)截面的液體流量相等，即：

ρ1v1A1=ρ2v2A2

不考慮液體的壓縮性則得

q=vA=常量

流量連續(xù)性方程說(shuō)明了恒定流動(dòng)中流過(guò)各截面的不可壓縮流體的流量是不變的。因而流速與通流截面的面積成反比。（三）伯努利方程

理想流體的伯努利方程

p1/ρg+Z1+v12/2g=p2/ρg+Z2+v22/2g在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想流體具有壓力能，勢(shì)能和動(dòng)能三種形式的能量，它們可以互相轉(zhuǎn)換，但其總和不變，即能量守恒。實(shí)際流體的伯努利方程

p1/ρg+Z1+α1v12/2g=p2/ρg+Z2+α2

v22/2g+hw實(shí)際流體存在粘性，流動(dòng)時(shí)存在能量損失，hw為單位質(zhì)量液體在兩截面之間流動(dòng)的能量損失。用平均流速替代實(shí)際流速，α為動(dòng)能修正系數(shù)。

伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的表達(dá)方式。

液體在管內(nèi)作恒定流動(dòng)，任取兩個(gè)截面1、2，有：伯努利方程應(yīng)用舉例如圖示簡(jiǎn)易熱水器，左端接冷水管，右端接淋浴蓮蓬頭。已知

A1=A2/4和A1、h值，問(wèn)冷水管內(nèi)流量達(dá)到多少時(shí)才能抽吸熱水？解：沿冷水流動(dòng)方向列A1、A2截面的伯努利方程

p1/ρg+v12/2g=